高寒岩溶土壤微生物群落组成及其多样性

高寒岩溶是四川黄龙风景区独特的地质特征。为分析高寒岩溶区土壤微生物群落组成特征与土壤理化性质间的相关性,以黄龙风景区土壤为研究对象,对土壤细菌的16SrRNA基因序列和真菌ITS序列进行高通量测序。结果表明:不同岩溶区的土壤细菌多样性和丰富度具有显著差异,但土壤真菌差异不显著,且土壤细菌群落占主导地位;细菌群落以变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)为主;真菌群落以子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)为主,真菌在门和属水平的差异较大。冗余分析发现总磷和温度是黄龙风景区土壤微生物群落结构变化的重要环境因子,pH是第二重要的环境因子。

四川牟尼沟钙华剖面特征及其环境指示意义

钙华沉积物记录着重要物理、化学和生物信息,被认为是指示环境变化的重要信息载体。文章选择四川牟尼沟钙华剖面为研究对象,测定钙华沉积物中的有机质、总氮(TN)、总磷(TP)和其他化学元素,综合分析牟尼沟钙华剖面特征和环境指示意义。结果表明:有机质、TN、TP含量为294.66~2366.52 g·kg^(-1),0~0.89 g·kg^(-1),0.03~0.25 g·kg^(-1),在元素含量方面,黑色泥质钙华以SiO_(2)为主,白色钙华、黄色钙华、灰色钙华均以CaO为主,推测黑色泥质钙华沉积于雨季,降水充沛,气候较湿润,而灰色钙华、白色钙华和黄色钙华形成于旱季,降水较少,气候较干冷。

土壤常驻霉菌对石灰岩的风化侵蚀作用研究——以黑曲霉菌为例

石灰岩矿物的自然风化侵蚀是一个普遍存在的问题,尤其是以土壤霉菌为代表的生物风化在矿物结构及性质的改变、土壤营养环境的调节等方面发挥了重要的作用。为揭示土壤常驻霉菌对石灰岩矿物的风化侵蚀作用机理,本研究通过研究黑曲霉菌的生长特性、代谢产物和黑曲霉菌作用下石灰岩中Ca^(2+)的释放行为,以及对比分析草酸作用下石灰岩的溶蚀行为,探究黑曲霉菌对石灰岩的风化侵蚀作用机制。结果表明,黑曲霉菌具有较高的产酸能力,产生的有机酸主要有草酸、苹果酸、柠檬酸、乙酸和琥珀酸,这些有机酸可使培养基pH可降至2.5附近;碱性环境对黑曲霉菌的生长具有一定的促进作用。在同等条件下,草酸对石灰岩的作用效果远低于黑曲霉菌。黑曲霉菌对石灰岩的风化侵蚀主要包括两个途径:分泌酸性代谢产物溶解石灰岩和菌丝对石灰岩颗粒的包裹钻孔形成机械破坏。研究结果可为自然环境下微生物参与岩溶过程以及石漠化的生物调控治理提供理论基础。

蒙脱石-碳酸盐矿化菌对Sr^(2+)的联合去除作用研究

通过构建蒙脱石-碳酸盐矿化菌复合体系,研究了黏土矿物与微生物对Sr^(2+)的联合去除作用特征。结果表明,蒙脱石与碳酸盐矿化菌分别能通过吸附、微生物矿化等作用实现对Sr^(2+)的去除;Sr^(2+)的去除率与蒙脱石投加量呈正比,复合体系中两者在不同时间的作用效果不同,蒙脱石对Sr^(2+)的吸附作用随时间的增加而降低,而碳酸盐矿化菌对其矿化率随时间的增加而升高;在初始Sr^(2+)浓度为1100.19 mg/L条件下,蒙脱石投加量为40 g/L的单一体系对Sr^(2+)的最高去除率仅为28.48%,蒙脱石-碳酸盐矿化菌复合体系对Sr^(2+)的去除率高达97.92%。因此,构建的蒙脱石-碳酸盐矿化菌体系能有效实现Sr^(2+)的高效去除。

溶藻菌H6对铜绿微囊藻的溶藻特性研究

全球水华现象日益严重,微生物控藻由于具有成本低、高效、环境友好等优点被广泛关注。以筛自河道的一株溶藻菌H6为对象,开展其对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)的溶藻特性研究。实验结果表明,H6最佳投加量(体积分数)为5%,最佳投加时机为蓝藻水华暴发初期(680 nm波长处的光密度(OD 680)为0.3),pH控制在5~11,7 d溶藻率超过70%。H6以间接溶藻为主,直接溶藻为辅,通过分泌耐高温的溶藻物质进行除藻且溶藻产物为腐殖酸类物质。H6属于肠杆菌属(Enterobacteriaceae),在宽pH范围内有较好溶藻效果,丰富了水体蓝藻水华治理方面的菌种资源;分泌的溶藻物质的耐高温特性为后续菌粉制备及生产应用提供了便利。

黄龙风景区藻席嗜冷硅藻群落结构变化及其驱动因子分析

硅藻群落对环境变化十分敏感,是自然河流水质变化的指示生物。为了解黄龙风景区藻席及藻席嗜冷硅藻群落结构与环境变量的关系,对景区内8个典型景点进行水样和藻席的采集并分析。结果表明,黄龙风景区藻席是以钙华作为基底,丝状藻作为骨架,栖息着大量硅藻的高寒岩溶微生态系统,共鉴定出25属72种硅藻,其中优势种13种,以桥弯藻属(Cymbella)为主。通过冗余分析发现,水温(F=2.8,P=0.02)和溶解硅(F=2.3,P=0.04)是影响黄龙风景区藻席嗜冷硅藻群落结构特征的主要驱动因子,TN是潜在驱动因子。硅藻可以为高寒岩溶区地表水监测提供重要的补充信息,建立完整的硅藻物种数据库,有利于区域水质监测。

生物矿化在重金属污染治理领域的研究进展

生物矿化通过生物代谢影响金属及类金属物质的形态分布,进而改变金属及类金属物质的生物有效性及毒性,在环境污染治理领域成为研究热点.文献计量学结果显示,2007—2017年生物矿化研究以微生物为主要对象,在纳米颗粒物和矿区修复等方面形成热点,并在环境学、生物学、化学和工程学等领域形成交叉学科.结合典型矿化菌与重金属间的矿化关联规律和微界面反应对微生物矿化中重金属的钝化机制进行归纳:(1)依据矿化菌与矿化产物的关联性对矿化菌进行分类,从碳酸盐、铁锰氧化物、硫化物和磷酸盐4类矿化产物角度汇总了碳酸盐矿化菌、铁锰氧化菌、硫酸盐还原菌及磷酸盐溶解菌的代表微生物;(2)矿化菌通过诱导矿化的方式固定重金属离子,其中碳酸盐矿化菌、硫酸盐还原菌及磷酸盐溶解菌可以直接促进金属矿物的形成,铁锰氧化菌生成的矿物间接吸附金属离子;(3)微生物矿化是由外及内的过程,细胞壁及胞外多聚物具有丰富基团,在矿化初期提供吸附和成核位点,原生质体也可以提供矿化场所,在矿化中后期继续固定游离离子.但是,由于微生物复杂的细胞结构及独特的生理习性,矿化过程的微界面反应机制研究尚显不足,需要利用生物学、矿物学、环境科学等领域的先进技术进一步的探索;同时也应开展宏观生态水平的生物矿化研究,并结合实际问题完善生物矿化在环境污染治理中的理论,为重金属污染地区的治理提供新的思路和技术.

7.0级地震对九寨沟核心景观和水化学影响

2017年发生里氏7.0级地震,九寨沟景区位于此次地震的核心区域,受损严重。对景区现场踏勘和珍珠滩、镜海、诺日朗和火花海4处地表水主要离子的取样分析,初步得出景观受损情况及水化学变化:地震对部分景观造成破坏,钙华坝体开裂及崩塌,火花海最为严重;震后地表水水化学主要受Ca^2+和HCO3^-的影响,地震和降雨加速了矿物溶解,导致Ca^2+和HCO3^-浓度高于往年;受钙华沉积的影响,Ca^2+和HCO3^-浓度随海拔降低而降低,受降水量减少的影响,Ca^2+和HCO3^-浓度随时间下降,2018年3月份HCO3^-浓度上升,与光合作用、CO2溶解量及水温等因素相关;震后4处景观地表水SIC值>0,利于钙华沉积。水化学结果说明此次地震增加了水体Ca^2+和HCO3^-浓度,如及时实施人工干预,受损景观可以实现恢复。

国内外钙华岩溶景观的研究进展与展望

利用计量学软件Citespace处理分析2008-2020年间国内外文献,揭示钙华研究在基于同位素技术的钙华成因、钙华景观特点及地貌演化、钙华生物成因和钙华景观退化等方面取得的重要研究进展,阐明了全球钙华景观的分布、特点、物质组成、成因类型及典型钙华景观退化的现状和原因,推动了钙华自然遗产景观的保护及钙华研究的国际合作。目前,急需加强钙华内生动力与外生动力的复合作用、微生物对钙华沉积的耦合作用、钙华景观退化的微观结构表现等方面的基础研究及钙华景观生态修复保育关键技术的研发。

黄龙与黄石钙华微生物沉积作用比较研究

本文通过调查黄龙风景区水体的环境地质特征与微生物群落结构及多样性,并与黄石公园对比分析,探讨了两种特殊地理环境下的微生物群落结构和多样性及其对钙华沉积的影响。结果表明:黄龙沟泉水属于地下冷泉,且景区内覆盖着大量植被,水体中有大量藻类和细菌;黄石公园猛犸象温泉区泉水属于地下热泉,植被覆盖率很低,泉水中微生物多为嗜热菌,藻类较少。黄龙与黄石钙华主要由方解石组成并且微生物参与了钙华的形成过程。微生物对钙华沉积的作用,主要分为模板作用、产物诱导作用和代谢调控作用,对比探讨了特殊地质环境下的微生物对钙华沉积的贡献,指出微生物沉积作用在钙华沉积过程中的重要性,可为黄龙钙华"黑化"防治提供理论依据。

土壤起尘悬浮颗粒物中铅赋存特性模拟

为了探索土壤起尘后悬浮颗粒物对铅的携带特性与其矿物组成、粒径尺寸之间的关联,揭示土壤起尘矿物特性及其重金属污染赋存行为,并为雾霾矿物基源特性分析及后期治理提供理论参考.通过对土壤样品进行铅污染预处理,在实验室系统内模拟风速条件下进行起尘试验,利用悬浮颗粒采样仪对经过风吹起尘后的悬浮颗粒物(TSP)、吹前表层土、吹后表层土、吹后地表土及不同粒径悬浮颗粒物进行了收集,并对悬浮颗粒物、吹前表层土、吹后表层土、吹后地表土及不同粒径悬浮颗粒物中铅的赋存状态及矿物组成与含量进行了分析.结果表明:(1)土壤经过风吹起尘后,悬浮颗粒物中w(Pb)为2.584 mg/g,吹前表层土中w(Pb)为0.916 mg/g,悬浮颗粒物中w(Pb)约是吹前表层土中w(Pb)的3倍;(2)不同粒径悬浮颗粒物上的w(Pb)各不相同,>10.2μm的粒径中w(Pb)为1.716 mg/g;>4.2~10.2μm的粒径中w(Pb)为2.720 mg/g;>2.1~4.2μm的粒径中w(Pb)为3.937mg/g;>1.4~2.1μm的粒径中w(Pb)为5.442 mg/g,w(Pb)随着粒径的增加而减小;(3)随着悬浮颗粒物粒径的减小,黏土矿物(伊利石+绿泥石)的含量在不断的增加.研究显示,土壤起尘过程是对Pb的一种高于本底浓度的迁移过程;起尘颗粒物中w(Pb)随着悬浮颗粒物的粒径的减小而增加,呈负相关;w(Pb)与黏土矿物(伊利石+绿泥石)含量在不同粒径悬浮颗粒物上的变化规律具有一致性,呈正相关,黏土矿物(伊利石+绿泥石)对Pb具有较好的吸附性.

钙华非经典沉积的纳米生长过程与调控机制初探——以九寨沟—黄龙钙华形成为例

钙华是自然界重要的岩溶碳酸盐沉淀之一,其形成过程往往受到生命活动的影响,弄清钙华生物沉积作用有助于更好地理解钙华微岩相结构和地球化学特征的气候环境指示意义。本文以黄龙-九寨沟钙华形成为例,阐述黄龙-九寨沟现代钙华纳米结晶特征、纳米钙华的生长和集合体形态,分析模拟实验中生物有机质对钙华生长和形貌的调控原因,揭示了生物活动和代谢产物对纳米钙华成核、生长及钙华晶体形貌的调控两途径四阶段机制;为探究钙华成因、碳酸钙生长调控机制、钙华退化的因素及其保护和可持续利用钙华景观具有重要的科学价值。

九寨沟“8·8”地震背景下火花海钙华坝 体无损探测分析

为研究震后九寨沟钙华景区的溶洞、裂隙、暗流等地质特性,丰富钙华景区岩溶洞穴无损探测技术,探讨了多物探技术在多孔疏松钙华地区作业的可靠性。首次运用地质雷达法及高密度电法相结合的无损探测技术,在九寨沟景区火花海特定区域进行了现场勘查和无损探测试验。结合对比两种无损探测成果与测区内出露地质剖面3组勘探数据,结果发现:高密度电法与地质雷达法相结合,两者能优劣互补,相互佐证,在解决钙华区域浅部溶洞、暗流、裂隙等工作中,对探测目标体具有极高的识别度。两种方法探测数据与震后出露剖面地质特征保持极高的一致性,验证了两种无损检测方法在多孔疏松介质条件下数据的真实可靠性,解决了多物探技术在多孔疏松介质地区施工的疑点和难点,丰富了工程物探领域技术。

四川黄龙地区鲕状钙华包壳粒的发现及其特征

在雪宝顶北麓的黄龙地区新发现的鲕状钙华包壳粒,是高寒区钙华形成环境中产出的一类典型陆相包覆颗粒构造。通过系统采样鲕状包壳粒沉积剖面,并借助常规显微镜、扫描电镜与能谱分析等,揭示出鲕状钙华包壳粒的矿物组分、微观结构等特征。结果表明:研究区的鲕状钙华包壳粒分为同心圆状、同心圆—放射状、薄壁同心圆状3种基本类型,包壳粒核部是由异地的钙华碎屑构成,外壳层是由泥晶与微亮晶方解石纹层围绕核部逐层形成的圈层构造;微观特征显示泥晶层无明显微生物成因发育特征。鲕状钙华包壳粒的微观形态与组构特征反映出壳体中的泥晶圈层可能形成于相对深的静水环境,亮晶圈层可能形成于浅水高能环境,鲕状钙华包壳粒的成因偏于鲕类而非核形石类。

四川盆地裸土起尘中颗粒物及重金属的赋存特性

为探索四川盆地裸土起尘中颗粒物及重金属的赋存特性,构建了"阳离子型污染物土壤表层运移行为研究系统",在系统模拟风速条件下进行裸土起尘试验,分析了起尘中各级粒径颗粒物的质量浓度、地面尘的沉降量随纵向的分布特征,并重点分析了起尘中颗粒物的尺寸效应与重金属含量、矿物组成的变化关系。结果表明:四川盆地裸土起尘初期1~5h内,颗粒物的浓度较高,污染较为严重;距起尘源1~2m区域内降尘质量最多,占地面尘总量的30%左右;铅(Pb)、铬(Cr)和砷(As)3种重金属元素在不同粒径颗粒物中的浓度水平具有明显的差异,在试验粒径范围内随着颗粒物粒径的减小,3种重金属元素的含量增加,呈现负相关关系;各级粒径颗粒物中矿物组成基本相同,主要由伊利石、石英、钠长石、绿泥石、方解石5种矿物组成,但颗粒物的粒径越细,黏土矿物(伊利石+绿泥石)的含量越多,对重金属离子的吸附能力越强。

静态水蚀条件下自然钙华预制块的溶出特性研究

钙华是泉水出露地表时因压力下降导致CO2大量逸出而形成的碳酸盐沉积,可形成独特的地表景观.由于泉水常位于构造活动带,频发的地震、滑坡等自然灾害导致钙华沉积垮塌、独特地貌破坏,泉华景观的快速修复成为亟需技术.针对这一需求研究制备钙华预制块用于原位泉华筑坝,实验分析了20 MPa压力成型的预制块在静水环境下的离子溶出行为及碳酸钙晶体特性.结果显示:胶连剂组和20 MPa组的pH在第4 d后稳定,分别约为12.53和12.30,EC(Electrical Conductivity)值第4 d后上升趋势减缓,结合碳酸相图和钙相分布确定,20 MPa组液相中离子主要为Ca^2+,OH-和CO3^2-;测定不同时间下Ca^2+和CO3^2-等离子的浓度,确定5 d后CO3^2-浓度能够满足CaCO3(s)的产生;利用扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)观察晶体微观形貌,发现5 d后气液接触面上有大量花瓣状晶簇,预制块表面出现针状晶体且向空间延伸生长,180 d后预制块表面长出大量晶体,通过XRD(X-ray Diffraction)确定晶体为方解石.

膨润土-污泥基生态混凝土的制备

为了安全有效地利用生活污泥,以膨润土、污泥、砂、水泥为原料制备生态混凝土,通过测试其抗压强度、抗折强度和孔隙率,探讨制备工艺及最佳配合比,并对混凝土进行重金属浸出试验和SEM分析。结果表明,最佳配合比为:砂57%、水泥18%、污泥13%、膨润土12%,此时抗压和抗折强度为14.3 MPa和3.2 MPa,孔隙率为21.3%;浸出液中Pb、Cr、Cd、As、Cu和Zn的质量浓度都低于国家标准《地表水环境质量标准(GB3838-2002)》中Ⅴ类水体标准;SEM分析显示,体系中生成的C-S-H凝胶是混凝土强度的保证,相比较而言,污泥添加越多样品更疏松多孔。

土耳其棉花堡与中国黄龙和白水台钙华退化原因对比研究

通过比较中国四川黄龙、中国云南白水台、土耳其帕穆克卡莱棉花堡三地钙华景观的基本环境地质特征、钙华景观水化学、钙华沉积生物因素的差异性,探讨了土耳其棉花堡钙华退化缓慢的影响因素。对比发现,棉花堡景区藻类约为38种,种类单一,植被覆盖率较低,沉积主要受物理化学因素控制,沉积速率较快,多形成较好的层状结构,杂质少,且原生孔隙度较低,结构致密,结晶度较高,不易坍塌损坏;黄龙和白水台景区藻类分别为86种、196种,种类多样,且植被覆盖率皆高达80%以上,沉积主控于化学和生物因素,沉积速率较慢,结构呈多孔疏松状或多孔珊瑚状,原生孔隙度普遍较高,易退化。此外,棉花堡钙华景区泉水各离子含量均高于黄龙和白水台景区,尤其是Ca2+和HCO3,这能有效促进CaCO3的沉积。

雪宝顶区块流域钙华形成的生物作用研究

钙华不仅具有重要的景观旅游价值,而且对确定区内碳酸盐沉积特征、环境演化规律及同期环境生物的作用与贡献有重要的研究意义。本文在对比国内外典型钙华特征的基础上,以黄龙和九寨沟为例,对雪宝顶区块流域内钙华的沉积特征、环境化学与生物作用进行阐述,指出了雪宝顶区块流域冷水型钙华的形成与演化是化学沉积-溶解作用、生物沉积与溶蚀作用等共同作用的结果,并受非生物、生物因素影响。在雪宝顶冷水型钙华的形成过程中,微生物协同参与了钙华的沉积与溶蚀过程,通过自身新陈代谢促活动促使使钙离子结晶,并诱导晶型变化;其他生物体如植物、藻类等或以间接的方式促进或加快了钙华形成,或为钙华生长提供模板和体量。

钙华体次生有机体系的界面结晶作用研究

本文总结了钙华体次生有机体系中生物群落特征和界面结晶行为,根据生物在碳酸盐沉积中的角色,将钙华体中次生有机体系的界面结晶矿化类型分为生物控制矿化沉积和生物诱导矿化沉积。分述了碳酸钙沉积矿化相关的五种生物代谢活动,讨论了生物胞外聚合物(EPS)对碳酸钙矿物晶型和形貌的影响。针对目前钙华研究中存在的问题,今后应深入研究生物体主要构成元素、生物小分子和生物体内部组织在钙华形成或退化中的作用,进一步厘清钙华体与次生有机体系的多界面溶化方式,为钙华保护修复及钙华退化治理措施提供科学依据。